Un superordenador es una computadora se considera que, o el era considerado a la hora de su introducción, estar en la frente en términos de capacidad de proceso, particularmente velocidad del cálculo. El " del término; Computing" estupendo; primero fue utilizado por el periódico del mundo de Nueva York en 1929 para referir al a la medida grande IBM de los tabuladores hecho para la Universidad de Columbia .

Descripción

Historia sucinta de la industria

Los superordenadores introducidos en los años 60 fueron diseñados sobre todo por el Seymour Cray en el Control Data Corporation (CDC), y llevaron el mercado en los años 70 hasta Cray dejado para crear su propia compañía, investigación de Cray. Él entonces asumió el control el mercado del superordenador con sus nuevos diseños, sosteniendo el punto superior en superinformática por cinco años (1985– 1990). Cray, sí mismo, nunca utilizó el " de la palabra; superordenador, " un hecho pequeño-recordado es que él reconoció solamente el " de la palabra; computer." En los años 80. gran el número de competidores más pequeños incorporó el mercado, en un paralelo a la creación del mercado del miniordenador a la década anterior, pero muchos de éstos desaparecieron en el " del mediados de los 90; crash" del mercado del superordenador;. Hoy, los superordenadores son típicamente one-of-a-kind crean para requisitos particulares producido por el " traditional" compañías tales como IBM y HP, que habían comprado a muchas de las compañías de los años 80 para ganar su experiencia, aunque el Cray Inc. todavía se especialice en superordenadores del edificio.

El superordenador sí mismo del del término es algo flúido, y el superordenador de hoy tiende a convertirse en la computadora normal de mañana . Las máquinas tempranas de la CDC eran los procesadores escalares simplemente muy rápido unas diez veces que la velocidad de las máquinas más rápidas ofreció por otras compañías. En los años 70 la mayoría de los superordenadores fueron dedicados a funcionar un procesador del vector, y muchos de los más nuevos jugadores desarrollaron sus los propios tales procesadores en un precio bajo para incorporar el mercado. El temprano y los a mediados de los años ochenta vieron que las máquinas con un número modesto de procesadores del vector que trabajan paralelamente se convierten en el estándar. Los números típicos de procesadores estaban en la gama de cuatro a dieciséis. En los años 80 posteriores y los años 90, la atención dio vuelta de procesadores del vector a los sistemas masivos del procesamiento en paralelo con millares de " ordinary" Las CPU el un poco de ser unidades disponibles y otros que son crean para requisitos particulares. (Esto se refiere comúnmente y chistoso como el ataque del de los micr3ofonos del asesino en la industria.) Hoy, los diseños paralelos se basan en " " disponible; los microprocesadores de la servidor-clase, tal como el PowerPC, Itanium, o el X86-64, y la mayoría de los superordenadores modernos ahora son racimos alto-templados de la computadora que usar los procesadores de la materia combinados con aduana interconecta.

Herramientas de software

Las herramientas de software para el procesamiento distribuido incluyen los APIs estándar tal como MPI y PVM, y la fuente abierta - soluciones de programación basadas tales como Beowulf, WareWulf y OpenMosix que faciliten la creación de un superordenador de una colección de sitios de trabajo o de servidores ordinarios. La tecnología como el ZeroConf (cita/Bonjour) se puede utilizar para crear los racimos ad hoc de la computadora para el software especializado tal como uso compositing de la sacudida del de Apple. Un lenguaje de programación fácil para los superordenadores sigue siendo un asunto de investigación abierto en el de informática. Varias utilidades libres que habrían costado una vez varios millares de dólares ahora son gracias totalmente libres a la comunidad de la fuente abierta que crea a menudo tecnología quebrantadora en esta arena.

Aplicaciones comunes

Los superordenadores se utilizan para las tareas alto cálculo-intensivas tales como problemas que implican la física mecánica del quántum, previsión meteorológica, investigación del clima (investigación incluyendo en el calentamiento del planeta ), de modelado molecular (computando las estructuras y las características de compuestos químicos, de macromoléculas biológicas, de polímeros, y de cristales), simulaciones físicas (tales como simulación de aeroplanos en la simulación de los túneles de viento de la detonación de las armas nucleares, e investigación en la fusión nuclear ), criptoanálisis, y similares. Las universidades importantes, las agencias militares y los laboratorios de investigación científica son usuarios pesados.

Una clase particular de problemas, conocida como problemas magníficos del desafío, es los problemas cuya solución completa requiere recursos de computación semiinfinitos.

Relevante aquí es la distinción entre la computación de la capacidad y la capacidad que computan, como definido por la capacidad del de Graham y otros que computa se piensa típicamente en como usar el poder de computación máximo de solucionar un problema grande en la cantidad de tiempo más corta. Un sistema de la capacidad puede a menudo solucionar un problema de un tamaño o de una complejidad que ninguna otra poder de la computadora. La capacidad del que computa en cambio se piensa típicamente en como usar poder de computación rentable eficiente de solucionar problemas algo grandes o muchos pequeños problemas o de prepararse para un funcionamiento en un sistema de la capacidad.

Diseño del soporte físico y de software

Los superordenadores usar las CPU de encargo ganaron tradicionalmente su velocidad sobre las computadoras convencionales con el uso de los diseños innovadores que permiten que realicen muchas tareas paralelamente, así como la ingeniería compleja del detalle. Tienden a ser especializados para ciertos tipos de cómputo, cálculos generalmente numéricos, y se realizan mal en tareas de computación más generales. Su jerarquía de memoria se diseña muy cuidadosamente para asegurarse que el procesador está mantenido alimentado con el &mdash de los datos y de las instrucciones siempre; de hecho, mucha de la diferencia del funcionamiento entre computadoras más lentas y los superordenadores es debido a la jerarquía de memoria. Sus sistemas de la entrada-salida tienden a ser diseñados para apoyar la alta anchura de banda, con estado latente menos de una edición, porque los superordenadores no se utilizan para el tratamiento transaccional .

Como con los sistemas todo alto paralelos, la ley de Amdahl se aplica, y los diseños del superordenador dedican gran esfuerzo a eliminar la serialización del software, y a usar el hardware para acelerar los embotellamientos restantes

Desafíos del superordenador, tecnologías

Un superordenador genera granes cantidades de calor y debe ser refrescado. El enfriamiento de la mayoría de los superordenadores es un problema importante de la HVAC .
La información no puede moverse más rápidamente que la velocidad de la luz entre dos porciones de un superordenador. Por esta razón, un superordenador que es muchos metros a través debe tener estados latentes entre sus componentes medidos por lo menos en los diez de nanosegundos. Los diseños del superordenador de Seymour Cray intentaron mantener funcionamientos del cable tan cortos como sea posible por esta razón: por lo tanto la forma cilíndrica de su gama de Cray de computadoras. En los superordenadores modernos construidos de muchas CPU convencionales que funcionan paralelamente, los estados latentes de 1-5 microsegundos para enviar un mensaje entre las CPU son típicos.
Los superordenadores consumen y presentan cantidades masivas de datos en mismo un corto período de tiempo. Según el Ken Batcher, " Un superordenador es un dispositivo para dar vuelta a problemas compute-bound en el I/O-bound problems." Mucho trabajo sobre anchura de banda del almacenaje externo es necesario asegurarse de que esta información se puede transferir rápidamente y almacenar/recuperar correctamente. Las tecnologías se convirtieron para los superordenadores incluyen:
Vector que procesa
de refrigeración por líquido
Acceso de memoria no uniforme (NUMA)
Discos rayados (el primer caso de qué más adelante fue llamada RAID )
Sistemas de ficheros paralelos

Técnicas de proceso

El vector que procesaba técnicas de primero fue desarrollado para los superordenadores y continúa siendo utilizado en usos de alto rendimiento del especialista. Las técnicas de proceso del vector han goteado abajo al gran público en arquitecturas de DSP e instrucciones de proceso SIMD para las computadoras de fines generales.

El moderno SIMD extensivamente y éste del uso de las consolas del juego video particularmente es la base para la demanda de algunos fabricantes que sus máquinas de juego son ellos mismos superordenadores. De hecho, algunas tarjetas gráficas tienen el poder de computación de varios TeraFLOPS . Los usos a los cuales esta energía puede ser aplicada fueron limitados por la naturaleza especial del proceso video temprano. Mientras que el proceso del vídeo ha llegado a ser más sofisticado, las unidades centrales de los gráficos que (GPUs) se han desarrollado para llegar a ser más útiles como procesadores de fines generales del vector, y subdisciplina de informática entera se han presentado para explotar esta capacidad: Computación de fines generales en las unidades centrales de los gráficos ( GPGPU .)

Sistemas operativos

Las variantes de los sistemas operativos del superordenador hoy lo más a menudo posible del linux o UNIX, son cada complejo del pedacito tan como ésas para máquinas más pequeñas, si no más tan. Sus interfaces utilizador tienden a ser menos desarrollados, sin embargo, pues los reveladores del OS han limitado recursos programados para pasar en las partes no esenciales del OS (es decir, parte no no directo contribuir a la utilización óptima del hardware de la máquina). Esto proviene el hecho de que porque estas computadoras, tasadas a menudo en millones de dólares, se venden a un mercado muy pequeño, sus presupuestos del R&D son a menudo limitados. (El advenimiento de Unix y del linux permite la reutilización del programa de autoedición y de los interfaces utilizador convencionales.)

Esto ha sido interesante una tendencia de continuación a través de la industria del superordenador, con los líderes anteriores de la tecnología tales como Silicon Graphics que llevaba un asiento trasero las compañías tales como el NVIDIA, que han podido producir barato, los productos feature-rich, de alto rendimiento, e innovadores debido al gran número de consumidores que conducían su R&d.

Históricamente, hasta que el early-to-mid-1980s, superordenadores sacrificara generalmente compatibilidad del sistema de instrucción y la portabilidad de código para el funcionamiento (velocidad del proceso y de acceso de memoria). En general, los superordenadores a este tiempo (desemejante de las unidades centrales de gama alta) tenían sistemas operativos sumamente diversos. El Cray-1 solamente tenía por lo menos diverso OSs en gran parte desconocido propietario de seises a la comunidad de computación general. Recopiladores vectorizing y que hacían parelelismo semejantemente diversos e incompatibles para FORTRAN existieron. Esta tendencia habría continuado con el ETA-10 si no estaba para la compatibilidad del sistema de instrucción inicial entre el Cray-1 y el Cray X-MP, y la adopción de las variantes del sistema operativo de UNIX (tales como Unicos de Cray y linux de hoy.)

Por esta razón, en el futuro, los sistemas del rendimiento más alto son probables tener UNIX condimentan pero con las características sistema-únicas incompatibles (especialmente para los sistemas del alto-fin en las instalaciones seguras).

Programación

Las arquitecturas paralelas de superordenadores dictan a menudo el uso de las técnicas de programación especiales de explotar su velocidad. Los recopiladores especial del FORTRAN pueden generar a menudo un código más rápido que recopiladores C o C++, así que el FORTRAN sigue siendo la lengua de la opción para la programación científica, y por lo tanto para la mayoría de los programas funcionados con en los superordenadores. Para explotar el paralelismo de superordenadores, los ambientes de programación tales como PVM y el MPI para los racimos libremente conectados y el OpenMP para las máquinas firmemente coordinadas de la memoria compartida se están utilizando.

Arquitectura moderna del superordenador

En fecha el noviembre de 2006, los diez superordenadores superiores en la lista Top500 (y de hecho el bulto del resto de la lista) tienen la misma arquitectura a nivel superior. Cada uno de ellos es un racimo de multiprocesadores MIMD, cada procesador cuyo es el SIMD . Los superordenadores varían radical con respecto al número de multiprocesadores por racimo, al número de procesadores por el multiprocesador, y al número de instrucciones simultáneas por procesador de SIMD. Dentro de esta jerarquía tenemos:
Un racimo de la computadora es una colección de computadoras que estén alto - interconectado vía una tela de alta velocidad de la red o de la conmutación. Cada computadora funciona bajo caso separado de un sistema operativo (OS).
Una computadora del multiprocesamiento es una computadora, funcionando bajo solo OS y usando más de una CPU, donde está indiferente el software del uso-nivel al número de procesadores. Los procesadores comparten tareas usar el multiprocesamiento simétrico (SMP) y el acceso de memoria no uniforme (NUMA).
Un procesador SIMD ejecuta la misma instrucción en más de un sistema de datos al mismo tiempo. El procesador podría ser un procesador de fines generales de la materia o el procesador especial del vector. Podía también ser procesador del alto rendimiento o un procesador de las energías bajas.

En fecha el noviembre de 2007 la máquina más rápida es el Gene/L azul . Esta máquina es un racimo de 65.536 computadoras, cada uno con dos procesadores, que procesa dos secuencias de datos concurrentemente. Por el contrario, el Colombia es un racimo de 20 máquinas, cada uno con 512 procesadores, que procesa dos secuencias de datos concurrentemente.

El en fecha 2005, la ley de Moore y las economías a escala son los factores dominantes en diseño del superordenador: un solo PC de sobremesa moderno es más de gran alcance ahora que un superordenador viejo de 15 años, y los conceptos de diseño que permitieron que los últimos superordenadores superaran las máquinas de escritorio contemporáneas ahora se han incorporado en las PC de la materia. Además, los costes de desarrollo y de producción de la viruta hacen poco económico diseñar las virutas de encargo para un pequeño funcionamiento y favorecer las virutas producidas en serie que tienen bastante demanda para recuperar el coste de producción. Un sitio de trabajo modelo actual de Xeon de la base del patio que funciona en 2.66 gigahertz superará un superordenador cray C90 usado en el principio de los 90, porciones del dólar multimillonario de cargas de trabajo que requieren tal superordenador en los años 90 se puede ahora hacer en el cálculo del coste de los sitios de trabajo menos de 4000 dólar americano.

Además, muchos problemas realizados por los superordenadores son particularmente convenientes para la paralelización (esencialmente, dividiéndose en piezas más pequeñas que se trabajarán encendido simultáneamente) y, particularmente, la paralelización bastante de grano grueso que limita la cantidad de información que necesite ser transferida entre las unidades centrales independientes. Por esta razón, los superordenadores tradicionales se pueden substituir, para muchos usos, por el " clusters" de las computadoras del diseño estándar que se pueden programar actuar como una computadora grande.

Superordenadores especial

Los superordenadores especial son dispositivos del ordenador de alto rendimiento con una arquitectura de hardware dedicada a un solo problema. Esto permite el uso de las virutas especialmente programadas FPGA o aún de las virutas de encargo del VLSI, permitiendo cocientes de un precio alto más alto/funcionamiento sacrificando generalidad. Se utilizan para los usos tales como cómputo y Codebreaking de la astrofísica de la fuerza bruta. Un nuevo superordenador especial ha sido históricamente de vez en cuando más rápido que el superordenador de fines generales más rápido del mundo, por una cierta medida. Por ejemplo, GRAPE-6 era más rápido que el simulador de la tierra en 2002 para un sistema particular del special de problemas.

Ejemplos de superordenadores especial:
Azul profundo, para jugar al ajedrez
Máquinas o piezas computacionales reconfigurables de máquinas
UVA, para la astrofísica y la dinámica molecular
Grieta profunda, para romper la cifra del DES

Los superordenadores más rápidos hoy

Velocidad de medición del superordenador

La velocidad de un superordenador se mide generalmente en " El SE TIRA el " de ; (econd oating del S P de los perations del O del punto del la Florida er), de uso general con un prefijo del SI tal como Tera -, combinado en el " de la taquigrafía; TFLOPS" (FRACASOS 10¹², teraflops pronunciados del ), o Peta -, combinado en el " de la taquigrafía; PFLOPS" (10¹⁵ SE TIRA, pronunció los petaflops del .) Esta medida se basa en una prueba patrón particular que haga la descomposición del LU de una matriz grande. Esto mímico una clase de problemas del mundo real, pero es perceptiblemente más fácil de computar que una mayoría de problemas del mundo real reales.

La lista Top500

Desde 1993, los superordenadores más rápidos se han alineado en la lista Top500 según sus resultados de prueba patrón LINPACK . La lista no demanda ser imparcial o definitiva, sino que es la mejor definición actual del " fastest" superordenador disponible en un momento dado.

Sistema más rápido actual del superordenador

En fecha el noviembre de 2007, IBM Gene/L azul en el laboratorio nacional (LLNL) de Lorenzo Livermore es el superordenador operacional más rápido, con una velocidad de tratamiento continua de 478.

El 26 de junio de 2007, IBM reveló Gene/P azul, la segunda generación del superordenador azul del gene . Estas computadoras pueden sostener un PFLOPS. IBM ha anunciado que varios clientes instalarán estos sistemas más adelante en 2007. Uno de éstos es probable convertirse en el superordenador desplegado más rápido en aquel momento.

El superordenador MDGRAPE-3, que fue terminado en junio de 2006, alcanzó según se informa una velocidad del cálculo de PFLOPS, aunque puede no calificar mientras que un superordenador de fines generales como su hardware especializado se optimiza para las simulaciones moleculares de la dinámica.

Cuasi-superinformática

Algunos tipos de la computación distribuida en grande para el son paralelo a embarazosamente problemas de llevan el concepto arracimado de la superinformática un extremo.

Un tal ejemplo es la plataforma BOINC, un anfitrión para un número de proyectos de la computación distribuida. El 27 de marzo de 2007, BOINC registró una capacidad de cálculo sobre de 530.000 computadoras más en la red. El proyecto más grande, SETI@home, divulgó la capacidad de cálculo de 276.000 computadoras más.

Otro proyecto de la computación distribuida, Folding@home, divulgó casi 1.3 PFLOPS de la capacidad de cálculo en el último septiembre de 2007. Un poco sobre 1 PFLOPS de esta capacidad de cálculo es contribuido por los clientes que funcionan con en el PlayStation 3 sistemas de .

los GIMPS 's distribuyeron el Mersenne que la búsqueda primera de alcanza actual 23 TFLOPS (en fecha el octubre de 2007).

sistema del Search Engine de s de Google el 'puede ser más rápido con capacidad de cálculo total estimada entre de 126 y 316 TFLOPS. el New York Times estima que el Googleplex y sus granjas del servidor contienen 450.

Investigación y desarrollo

El 9 de septiembre de 2006 el Ministerio de los E. de seleccionado nuclear nacional IBM de la administración (NNSA) de la seguridad del de la Energía para diseñar y para construir el primer superordenador del mundo para utilizar el procesador de banda ancha de Engine™ de la célula (célula B.) que apunta producir una máquina capaz de una velocidad continua de hasta 1.000 cálculos trillón por segundo, o un PFLOPS. Otro proyecto en el desarrollo de IBM es la arquitectura Cyclops64, prevista para crear un " superordenador en un chip".

En la India, un proyecto está bajo dirección del Dr. Karmarkar que también está desarrollando un superordenador que pueda alcanzar un PFLOPS.

El CDAC también está construyendo un superordenador que pueda alcanzar un PFLOPS antes de 2010.

El NSF está financiando un esfuerzo $200 millones para desarrollar un superordenador de un petaFLOP también. Está siendo construido por el NCSA en la Universidad de Illinois en el Urbana-Chamán, y slated para ser terminado antes de 2011.

Cronología de superordenadores

Ésta es una lista de los recordmanes para el superordenador de fines generales más rápido en el mundo, y el año cada uno fijó el expediente. Para las entradas antes de 1993, esta lista refiere a varias fuentes. A partir de 1993 al presente, la lista refleja el listado Top500 .

Ver también

; Conceptos generales, historia style=" del
Racimo de Beowulf
Computación distribuida
Computadora de destello de la multitud
Rejilla que computa
Ordenador de alto rendimiento (la HPC)
Historia del hardware computacional
MOSIX
Computación paralela
Metacomputing
Computadora de Quantum